课程设计报告--五人组抢答器控制设计.doc

荆楚理工学院课程设计成果 学院:电子信息工程学院 班 级:11电气工程及其自动化学生姓名： 刘诗权 学 号：2011401020127设计地点（单位）：荆楚理工学院设计题目:五人组抢答器控制设计 完成日期：2013 年12 月20 日 指导教师评语: _ _ _ 成绩(五级记分制):_ _ 教师签名:_目 录1 设计任务和要求1.1 PLC系统设计内容1.2 系统控制要求2 设计方案2.1 总体设计方案说明2.2 PLC控制系统组成方框图3 系统硬件设计3.1 PLC的选型及硬件配置3.2 系统主电路3.3 输入输出地址分配3.4 PLC的控制电路4 PLC控制软件设计与调试4.1 系统程序设计4.2 调试结果与分析5 总结. 6 参考文献.1 设计任务和要求1.1 PLC系统设计内容PLC控制课程设计主要内容包括：1、分析被控对象的工艺条件和控制要求。被控对象是指受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。在进行系统设计时，首先需要深入了解被控对象的特点、控制过程与要求等。确定被控对象与PLC之间的输入、输出关系。控制要求主要指控制系统的基本方式、应完成的动作等，同时要注意必要的保护和连锁等2、选择I/O设备。根据控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备的具体型号、数量等。常用的输入设备有按钮、限位开关，传感器等；常用的输出设备有继电器、接触器、电磁阀等。3、选择PLC的型号。根据已选择的I/O设备，统计I/O点数，选择合适的PLC类型，在选择时要考虑所需机型的容量大小、I/O模块种类及电源类型等。4、分配I/O点。只有分配PLC的I/O点后，方可进行程序设计。5、程序设计，它是整个系统设计的核心工作，首先要熟悉控制要求，根据控制要求设计好梯形图程序。6、输入程序后调试程序。调试过程中如果发现问题，则要采取措施逐一排除，直至调试成功。7、编写技术文件。则要包括说明书、电气原理图，电气元件明细表，程序等1.2 系统控制要求 设有主持人总台及各个参赛队分台。总台设有总台灯及总音响，总台开始及总台复位按钮。分台设有分台灯，分台抢答按钮。同时采用数码管显示，即抢答成功的队将会在屏幕上显示出队的组数号。各队抢答必须在主持人给出了题目，说了开始并同时按了开始控制按钮后的10S内进行，如提前抢答，抢答器将报出“违例”信号。10S到若还无人抢答，抢答器将给出应答时间到信号，该题作废。在有人抢答情况下，抢得的队必须在30S内完成答题。如30S内还没回答完，则做答题超时处理。灯光及音响信号的意义安排如下：音响响，某台灯亮，且显示某队的组数号：正常抢答音响响，总台灯亮，某台灯闪烁，闪烁频率1HZ：答题超时音响响，总台灯亮，某台灯闪烁，闪烁频率为10HZ：违例音响响，总台灯亮：无人应答在一个题目回答终了后，主持人按下复位按钮，抢答器恢复原始状态，为第二轮抢答做好准备。 2 设计方案2.1 总体设计方案说明五人组抢答器由五个选手按钮（X1、X2、X3、X4、X5），主持人开始按（X0)和复位按钮(X6)、五个分台灯（Y11、Y12、Y13、Y14、Y15）、一个总台灯（Y7)、一个蜂鸣器（Y10）和若干导线构成。将实际要求与实验原理结合分析可知：1、 违规情况：主持人未宣布开始即未按下开始抢答按钮X0，某一选手按下按钮，例如一组（X1）此时音响Y10响起，总台灯Y7亮，一组台Y11灯闪烁，频率为10HZ，其他组后按下抢答的选手抢答无效(互锁）。2、 无人抢答情况：当主持人按下开始按钮X0后10秒仍无人抢答，总台灯Y7亮、音响Y10响起,提示主持人10秒到无人抢答题目作废，主持人按下复位X6，开始新一轮的抢答3、正常抢答：主持人按下开始按钮X0,10秒内某组选手（一组X1）最先抢答,则其他组抢答无效，第一组开始答题，数码管显示1维持30秒熄灭，且第一组在30 秒内完成答题任务。4、超时抢答：主持人宣布开始，10 秒内某组选手抢答（X1）成功，但30 秒后仍未完成答题，此时音响Y10响起，总台灯Y7亮，一组台灯Y11闪烁，频率为1HZ,判为答题超时。2.2 PLC控制系统组成框图 2.3 各控制台平面框图 主持台控制面板 一组控制面板 二组控制面板 三组控制面板 四组控制面板五组控制面板 3 系统硬件设置3.1 PLC的选型及硬件配置 可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换与以物理实现。输入输出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点，同时物理实现也是PLC与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用，所以PLC采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。中央处理单元 (CPU)是PLC的控制核心。它按照PLC系统程序赋予的功能：a. 接收并存储从用户程序和数据；b.检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式采集现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象寄存区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算并将结果送入I/O映象寄存区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象寄存区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环直到停止运行。 为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。由于PLC以微处理器为核心，故具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方，若有键按下或有I/O变化，则转入相应的子程序，若无则继续扫描等待。PLC则是采用循环扫描的工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：一是CPU执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。一个扫描周期主要可分为3个阶段。3.1.1输入刷新阶段在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。3.1.2程序执行阶段 在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。3.1.3 输出刷新阶段当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。此次课程设计演示时用的是FX-1N型号的，设计报告上则用的是FX-2N.3.2 系统主电路3.2.1 电源电路图3.2.2 PLC仿真电路图3.2.3 音响驱动电路3.3 输入输出地址分配 输入 X1-X5 1-5抢答按钮 XO 开始按钮 X6 复位按钮 输出 0-Y6 对应数码管A-G段 Y11-Y15 对应1-5组灯 Y7 总灯 Y10 音响3.4 PLC的控制电路 4 PLC控制软件设计与调试4.1 系统程序设计 梯形图4.2 调试结果及分析本次设计大致分为五块：抢答、计时器部分、各组组号显示，电源模块，蜂鸣器驱动模块。在抢答这一块采用了基本指令，根据设计要求，各组为按钮抢答， 采用灯显示并将其自锁，组与组之间采用互锁，使其不能同时得电。再根据七段数码管的特性，A-G分别对应于程序中的输出Y0-Y6。主持人按复位按钮后，下轮重新抢。在倒计时这一块，主要采用时间继电器实现这一功能，当主持人按了开始按钮后开始计时，倒计时由定时器完成，如此循环到达倒计时目的。当有组在规定的时间内抢答，抢答后重新计时30 秒，当30秒倒计时结束后，总台灯亮、音响报警，抢答作废，主持人按复位按钮后才可以进行下一轮。在组号显示这一块，将PLC的输出Y0-Y7接到数码管的A-G段上，结合PLC编程控制抢答组号的显示，经过简单的结合与调试，比较完整的完成了组号显示这一块电源模块用了变压器、整流桥、电容、电阻等元器件实现了把220V交流电转变成24V直流电，用来提供电路的电源。蜂鸣器驱动部分使用了电容、电阻、555定时器来实现蜂鸣器的驱动。 5 总结 通过这次设计，我意识到了PLC编程技术在现实中的广泛应用，并了解到自己学习中的不足之处，看到了理论与实践的差距。通过一周的PLC设计实践。让我对PLC的工作原理和使用方法有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，虽然做过实验，但是对一些细节还是不加重视，考虑不够完全。当我们把自己想出来的程序运用到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。通过过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到了加强，看到了实践与理论的差距。通过课程设计，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人负责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，提出意见，同时我们还向别的同学请教。在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。通过比较选出最好的方案。在这过程中也提高了我们的思考能力。通过此次